Магнитті байытудың физикалық негізі. Кенді магнитті әдіспен байыту минералдардың магнитті касиеттерінің арасындағы айырмашылықтарына сәйкес магнит өрісінде бөлінуіне негізделген.
Магнит өрісі магнитті заттың не электр тоғы жүретін өткізгіштің айналасындағы кеңістікте туады.
Магнит өрісі магнит индукциясымен және кернеумен сипатта лады.
Ма г н и т и н д у к ц и я с ы (В) бірлік ауданнан өтетін күш сызықтарының санымен анықталады:
В=Ф/S.
мұнда Ф - магнит ағыны, Bb;
S - қыйынды ауданы, м2
Магнит индукциясының өлшем бірлігі т е с л а. Тесла-өріске перпендикуляр өткіэгіштің әр метрінен ІА электр тогы өткенде әсері 1Н күшіне тең болғанда туатын өрістің индукциясы.
Магнит өрісінің кернеуі (Н) өріс нүктесіндө оң магнит массасының (т) бірлігіне әсер ететін күшпен (Ғ) анықталады:
Н= Ғ/m,
Оның өлшем бірлігі - А/м.
Магнит инлукциясы (В) және өріс кернеуінің (Н) ара қатынасы былай:
В=μ∙μ0Н,
мұнда μ -ортаның салыстырмалы магнит өткізгіштігі;
μ0 - магнит тұрақтығы (μ0 =1,25∙10-6 Гн/м).
Егер магнит өрісінің әр нүктесінде кернеу шамасы және бағыты бірдей болса, онда өріс біртектігі деп, егер бұл шарт орындалмаса әртекті деп саналады.
Магнит өрісінің әртектілігі өріс градиентімен (grad H),демек кеңістікке кернеудің өзгеру жылдамдығымен сипатталады:
gradH = dH/dх,
мұнда dх - магнит өрісінің кернеуі d/Н шамасына өэгеретін қашықтық. Магнит өрісінің нүктесіндегі
м а г н и т к ү ш і Fп(А2/м2)деп оның сол нүктедегі кернеуінің көбейтіндісін атайды:
Магнит өрісінде заттың магниттелуі магнит моменті /М/ арқылы сипатталады. Магнит моменті деп полюстің магнитт массасын екі полюстің арасындағы қашықтыққа көбейтіндісін атайды. Заттың магниттелуі деп магнит моментінің оның көлеміне (V) бөліндісін атайды.
J=M/V
Заттың магниттік қасиеті оның магнит қабылдағыштығымен (Х) сипатталады. Заттың көлемді магнит қабылдағыштығы оның магниттелуін өрістің кернеуіне бөлгендегі бөліндісін атайды.
X=J/H
Көлемді магнит қабылдағыштың заттың масса бірлігіне бөліндісі үлесті магнит қабылдағыштық х (м3/кг) болып табылады. х=X/σ
мұнда σ- заттың тығыздығы, кг/м3.
Магнит өрісінде m массалы минерал түйіршігіне әсер ететін магнит күші F М формуламен анықталады.
Егер полюстер барабанның айналыс бағытына сәйкес кезектессе орналасса онда полюстің ауысуына байланысты түйіршіктер домалай қозғалысқа келеді. Соның нәтижесінде әлсіз магнитті кездейсоқ тартылған түйіршіктер ақырында магнитсіз фракцияға не екі аралық өнімге шығады. Демек магнит жүйесінің бұл түрі жоғары сапалы магнитті фракция алуға мүмкіндік тудырады. Күшті магнитті кендерді құрғақ байытуға арналған бөлгіштердің өнімділігі төмендегі формуламен анықталады.
,
Мұндағы: Q - өнімділік, т/сағ;
Ï – барабандар саны;
L- барабанның ұзындығы, м;
негізгі операцияға арналған барабан үстінде материал қабатының қозғалу жылдамдығы, м/с;
кеннің тығыздығы, т/м.
Магнитті қасиет кабылдағыштарына карай барлық заттар екі топқа белінеді: парамагнитті және диамагнитті заттар. Әр топка кіретін заттар магнит өрісінде әртүрлі әрекетке түседі. Парамагнитті заттар магнит өрісінің кернеуінің жоғары жеріне тартылады, ад диамагнитті заттар магнит өрісінің кернеуі ең аз жеріне ығыстырылады. Яғни, біріншілері магнит полюсіне тартылады, ал екіншілері тебіледі. Парамагнитті заттардың ішінде магниттелу қасиеті күшті заттар кездеседі. Олар ферромагниттер деп аталады. Оларға жататындар темір, никель, кобальт және темір минералдарды магнетит және пирротин.
Таза диамагнитті заттарға, мысалы, мыс, алюминий, күміс, висмут, сурьма және тағы басқалары жатады. Көпшілік металдар мен минералдар парамагнитті заттарға жатады. Магнит қабылдағыштарына қарай минералдары бірнеше топка бөлуге болады:
1. Күшті магнитті, ягни ферромагнитті минералдар. Олардың үлесті магнит қабылдағыштыгы Х> 4-І0м -5/кг. Оларға жататындар: магнетит, пирротин, маггомит, титаномагнетит, франклинит.
2. Әлсіз магнитті, яғни парамагнитті минералдар. Олардың үлесті магнит қабылдағыштығы Х= 1.26-10 -7- 0,75-10 -5 м3 /кг шекаралықта өзгереді. Оларға бірсыпыра тотықтар, темірдің хромның гидрототықтармен карбонаттары, ильменит, вольфрам, гранит, биотит және тағы басқалары жатады.
3. М а г н и т с і з, яғни диамагнитті минералдар. Олардың үлесті магнит қабылдағыштығы х < 1,2б-10 -7 м 3 /кг. Бұларға кварц, кальцит, полевой шпат, касситерит, аппатит, мусковит және басқалары жатады. ';
Минерал түйіршіктері арнаулы аппараттарда магнит өрісінен өткенде оларға магнит күшінен басқа көптеген күш әсер етеді. Оларға магнитті өрістің ығыстыру күші, салмак күші және ортаның кедергі күштері (тығыздык, тұтқырлық және баскалары жатады.
Минерал түйіршіктерінің магнит полюсіне тартылуы не тартылмауы магнит күшімен басқа күштердің ара қатынасына тәуелді.
Егер магнит күші басқа күштердің қосындысынан артса түйіршік (кесек) магнитті фракцияға шығарылады, егер керісінше болса онда түйіршік магнитсіз фракцияға шығады.
Минералдардың тиімді бөлінуінің негізгі шарты- олардың магнитті касиеттерінің арасындағы айырмашылықжеткілікті деңгейде болуы қажет. Орта есеппен олардың үлесті магнит қабылдағыштық қасиеттерінің айырмашылығы іс жүзінде 3-5 есе болуы керек.
Кендегі минералдардын қасиетіне қарай қолданылатын магнитті бөлгіштерде процесс әр түрлі кернеулі магнит өрісінде жүргізіледі. Әлсіз магнитті минералдарды бөліп алу үшін магнит өрісінің кернеуі 1000 ка/м кем болмауы керек. Күшті магнитті минералдарды бөлуге 12О-150кА/м жеткілікті.
Магнитті бөлу әдісі негізінде темір және марганец кендерін байытуға қолданылады. Сонымен. қатар біраз сирек металдар кендерін байытқанда алынатын концентраттардың сапасьш арттыру мақсаты қойылғанда оған кейде тек осы әдісті қолданумен жетуге болада.
Бірсыпыра кен түрлерін ауыр ортада байытқанда суспензойд ретінде магнитті зат қолданылса, оны регенерациялау магнитті бөлгіштерден өткізу арқылы жүргізіледі.
Магнитті бөлгіштер. Магнитті бөлгіштердің көптеген конструкциялары белгілі. Олардың көп түрлілігі, біріншіден, байытылатын кеннің белгіштерге түсу алдында әр түрлі түрде(кесек не уақ түрде, құрғақ не пульпа түрінде)болуы болса, екіншіден, минералдардын магнитті қасиеттерінің әр түрлі дәрежеде болуша байланысты.
Осыған байланысты магнитті бөлгіштердің жалпы конструкциялық ерекшеліктерін қарастырайық.
Барлық магнитті бөлгіштерде тек әртекті өріс қолданылады. Себебі оларда біртекті өріспен салыстырғанда өріс кернеуі салыстырмалы жағдайда жоғары болады.
Әлсіз магнитті кендерді байытуға арналған белгіштерде магнит өрісінің кернеуін жоғарылату мақсатымен т ұ й ы қ магнитті жүйелер қолданылады, демек кен түйіршіктері екі полюс арсынан өткізіледі. Күшті магнитті кендерге арналған бөлгіштерде ашық магнитті жүйелер әр түрлі вариантта қолданылады.
Көпшілік магнитті бөлгіштерде магнит өрісі электр тоғы әсерімен тудырылады, демек злектромагниттер қолданылады.
Онда туатын өріс кернеуі тұрақты магнит өріс кернеуінен көп жоғары келеді де және өріс кернеуі соленойд арқылы өтетін электротоғының күшін өзгерту аркылы жеңіл реттенеді.
Тұрақты магниттер тек күшті магмитті қасиеті бар ұсақ кесекті не ұнтақты кендерді байытуға қолданылатын бөлгіштерде орнатылады.
Магнитті бөлгіштердің негізін екі бөлшек құрайды: магнитті жүйе және тасымалдаушы қондырғы. Бөлгіштердің аттары тасымалдаушы қондырғылардың түрлеріне қарай қойылған.
Магнитті жүйелердің тудыратын өріс кернеуіне қарай магнитті бөлгіштер екі топқа бөлінеді: күшті магнитті кендер бөлгіштері және әлсіз магнитті кендер бөлгіштері.
Тасымалдаушы қондырғылардың /оларды жұмыс органдары депте атайды/ түріне қарай магнитті бөлгіштер барабанды, валкалы., дискалы, роликті және тағы басқа түрлерге бөлінеді.
К ү ш т і м а г н и т т і к е н д е р д і б ө л г і ш т е р.
1-суретте бір барабанды құрғақ ұсатылған кенді байытуға арналған бөлгіштің схемасы келтірілген. Оларда ірілігі орташа 100 мм-ге жететін кен байытылады. Ірілік 40мм-ден аспаса тұрақты магнит, ал одан ірі болса электромагнит колданылады.
Магнитсіз материалдан жасалған айналмалы барабан (1) ішіне ось бойына полюстері кезектес түрде қозғалмайтын ашық магнит не электромагнит жүйесі (2) орнатылған.
Аз жылдамдықпен (барабан бетіндегі оның шамасы 1-3 м/с) оң бағытта айналатын барабан үстіне кен тербелгіш түсіргішпен беріледі. Магнитті кесектер (түйіршіктер) барабан бетіне тартылады, ал магнитсіздері барабан бетінде бос жатады. Магнитті есектер барабан бетінен магнит өрісінің зонасынан шыққан жерден құлайды.
Магнитсіз кесектер өз салмағымен тік бағытта құлайды. Процесс нәтижесінде кен магнитті және магнитсіз фракцияларға бөлінеді. Магнитті фракцияның шығымы және онымен байланысты сапасы бағыты өзгермелі шибермен реттеледі.
1-барабан; 2- электромагнит жүйесі.
1-сурет. Барабанды магнитті бөлгіштің схемалы көрінісі.
Барабан диаметрі 800-1500мм, ал ұзындығы 1700-4000 мм. Магнит өрісі кернеуі 105-150кА/м.
Бөлгіштер бірнеше барабаннан тұратын агрегат түрінде де жасалады. Бірінші барабаннан өткенде шығатын фракциялар басқаларында тазалау және бақылау операцияларынан өтеді.
Барабан ішінде полюстер оның ұзын бағыты бойымен кезектесе орналасса (1-суретте сол түрі керсетілген), онда барабанға тартылған түйіршік оның бетінен айырылғанша қозғалыссыз калыпта болады.
Егер полюстер барабанның айналыс бағытына сәйкес кезектесе орналасса (2-сурет), онда полюстің ауысуына байланысты түйіршіктер домалай қозгалысқа келеді.
Соның нәтижесінде әлсіз магнитті кеэдейсоқ тартылған түйіршіктер ақырында магнитсіз фракцияға не екі аралық өнімге шығады. Демек, магнит жүйесінің бұл түрі жоғары сапалы магнитті фракция алуға мүмкіндік тудырады.
Күшті магнитті кендерді құрғақ байытуға арналған бөлгіштердің өнімділігі төмендегі формуламен анықталады:
, т/сағ
мұнда: Q- өнімділік, т/сағ;
п-барабандар саны (тек негізгі операцияға қолданылатын);
L-барабанның ұзындығы, м;
негізгі операцияға арналған барабан үстінде материал қабатының қозғалу жылдамдығы, м/с;
кеннің тығыздығы, т/м;
d2,d1-кендегі ең ірі және ең ұсақ түйіршіктердің диаметрлері, мм;
негізгі және тазалау операциялары үшін қолданылатын барабан сандарының ара қатынасын және бастапқы заттың ірілігін есепке алатын коэффициенттер.
2-сурет. Өзгермелі полярлі барабанды магнитті бөлгіште полюстердің орналасуы
Күшті магнитті кендерді сулы ортада бөлгіштерде – түйіршік іріліктері 3-6мм –ден аспайды. Бөлгіштерге кен пульпа түрінде түседі.
3-Сурет. Тура ағымды (а), қарсы ағымды (б) және жартылай қарсы ағымды (в) барабанды магнитті бөлгіштердің схемалы көрінісі.
1-барабан; 2-магнит жүйесі; 3-түсіргіш; 4-науашық
Магнитсіз заттан жасалған барабан (1) үш не бес полюсті магнит жүйесінің (2)сыртында айналады.Ол пульпа түсетін ванна 2 ішіне кіргізіле орнатылған.Егер барабан бағыты пульпаның ағып түсу бағытымен сәйкес болса (3-сурет, а)ванна түзу ағысты деп, ал барабан айналысы пульпаға қарсы бағытта болса онда ванна қарсы ағысты деп аталады. Олармен қатар жартылай қарсы ванналы бөлгіштерде қолданылады (3-сурет,в).
Бастапқы пульпа түсіргіштен (3) науашық (4) арқылы барабан астына түседі. Магнитті түйіршіктер барабан бетіне тартылады да, магнит өрісі зонасынан шыкқан жерде сепкіштен берілетін су күшімен магнитті фракцияға арналған науаға шайылып түсіріледі. Магнитсіз түйіршіктер сумен ванна түбіндегі патрубок арқылы шығады. Магнитті түйіршіктерге магнит өрісі күшті әсер ету үшін барабан бетімен ванна түбінің ара қашықтығы 35-40мм-ден аспауы қажет.
Түзу ағысты бөлгіштер ірі түйіршікті материалдар байытуға, ал қарсы ағысты ванналы бөлгіштер ұсақ түйіршікті /<0,5мм/ материалды байытуға қолданылады.
Бөлгіштер көбінде көп барабанды болады, демек бір агрегатта негізгі тазалау және бақылау операциялары жүргізіледі.
Күшті магнитті кендерді суда бөлгіштердің өнімділігін табу үшін қолданылатын формула:
Q=gп(L-0,1),
мұндағы Q- өнімділік, т/сағат;
g- үлесті өнімділік, т/м сағат;
п- негізгі операцияға қолданылатын барабандардың саны;
L-барабанның ұзындығы, м.
Әлсіз магнитті кендерді бөлгіштер. Бұларда магнит өрісінің кенрнеуін жоғары ету мақсатымен тек тұйық электромагнит жүйелері қолданылады.
Олар валикті, роликті және дискалы бөлгіштерге бөлінеді. Валикті және роликті бөлгіштер құрғақ күйде және сулы ортада да байытуға қолданылады. ал дискалы бөлгіштерде кен тек құрғақ күйде байытылады.
Екі валикті бөлгіштің схемалық көрінісі келтірілген. Магнит жүйесі электромагниттен (сыртқы өткізгіш орамымен (2) қапталған темір өзек (3) тұрады. Магнит полюстері (4) ортасына тесіктері бар ойымды етіп жасалған. Ойым беттерінде шығыңқы бұдырлар бар.
Осы ойым үстеріне беттерінде шеңберлі шығыңқы бұдырлары бар айналмалы валиктер орналасқан. Валик және полюс бұдырлары айқасқан түрде болады. Соның нәтижесінде өрістің әрекеттілігі күшейтіледі және өріс тұйықталады.
4 –Сурет.Екі валикты магнитті бөлгіштің схемалы көрінісі:
1-бөліп түсіргіш; 2-өткізгіш орам; 3-темір өзек; 4-магнит полюстері; 5-валик; 6,7- шығару тесіктері.
Бастапқы кен құрғақ не пульпа түрінде түсіргіш воронка арқылы науашықтармен валиктер астына түседі. Магнитті түйіршіктер валик бұдырларына тартылып, магнит өріс зонасынан шыққан жерде салмақ күшімен не сумен шайылып магнитті фракцияларға арналған қабылдағыштарға (6) жыйналып шығады. Магнитсіз түйіршіктер полюс тесіктер(7) арқылы шығады, қабылдағыштарға түседі.
Валиктер диаметрі 300-380мм, ал ұзындығы 1000-2500 мм болады. Магнит өрісінің кернеуі 1200-1350 кА/м, валиктердің минутіне айналу жылдамдығы 90-ға жетеді.
Тек кұрғақ түрде байытуға дискалы бөлгіштер қолданылады (4-сурет).Электромагнит жүйесінің (4)полюстері горизонталь жазықтықта орналасқан. Қатар орналасқан әр екі полюс үстіне біраз қашықтықта төңкерілген тарелка пішінді айналмалы темір дискалар (3) орнатылған.Соның нәтижесінде магнит өрісі түйыкталады.
Бастапқы кен бункерден барабанды түсіргіш (1) арқылы тербелісті лотоққа (2)түсіріледі ( не оның орнына ленталы конвейер болуы мүмкін). Магнитті түйіршіктер дискалар(3) астынан өткенде олардың шетіне тартылып жабысады. Дискалар диаметрі лоток жалпақтығынан үлкен. Соған байланысты олардың щығыңқы шеттеріне магнит өрісі әсер етпейді. Диск шетіне тартылған магнитті түйіршіктер магнит өріс зонасынан шыққан кезде салмақ күшімен құлап магнитті өнім қабылдағыштарына (б) түседі. Магнитсіэ түйіршіктер лотоктың екінші шетінен шығып өз қабылдағышына (5) жыйналады. Дискалы бөлгіштердің өнімділігі төмен. Олар негізінде басқа әдістермен алынған концентраттардың сапасын жоғарылату максатымен қолданылады.
Сипатталған магнитті бөлғіштерден басқа кейінгі кезде әлсіз магнитті кендерді байыту үшін жоғары градиентті бөлгіштер жасалды. Олар әсіресе өте ұсақ ұнтақталған, байытылу дәрежесі төмен әлсіз магнитті материалдар үшін қолданылады.
Конструкциялары сулы ортада байытуға арналған қарсы ағысты ванналы барабанды бөлгіштердің ағысты ванналы барабанды бөлгіштердің құрылысына сәйкес.процестің өзгешелігі сол магнит өрісінің градиентін жоғарылату мақсатымен барабанмен ванна аралығына ұсақ шар түрінде ферромагнитті зат салынады. Олар магнит өрісі зонасында барабан бетіне тартылып тұрады. Бастапқы зат пульпа түрінде ваннаға түскен магнитті түйіршіктер шарлардың бетіне тартылады. Магнитсіз түйіршіктер шар араларымен сырғып, сумен шайылып ваннаның түбіндегі тесіктен шығады.
Шарлар беттеріне жабысқан туйіршіктермен бірге барабан бетіне тартылған күйде онымен бірге козғалады. Барабан беті магнит өрісі зонасынан шыққан кезден бастап (ол барабанның ең жоғарғы нүктесінен басталады) шарлардың барабанға тартылуы доғарылып,тек өз салмақ күштері әсерінде болады.
5-Сурет. Дискалы магнитті схемалы көрінісі
Барабанның одан әрі айналымында шарлар салмағымен құлап ұсақ тесікті тор үстіне түседі.Осы жерде шарлардың бетіне тартылған түйіршіктер ағынды себілген сумен шайылып, тор тесіктерінен өтіп кабылдағышқа түсед, ал шарлар тор бетінен құлай қайтадан барабанмен ванна түбі екі аралығына толады. Сөйтіп шарлар үнемі барабанмен бірге қозғалыста болады.
Практикада әртүрлі мақсатпен магнитті бөлгіштерден басқада қосалқы аппараттар қолданылады. Олардаң бір тобы пульпаны магнитті өрістен өткізу арқылы өте тиімсіз байытылатын аса үнтақ түйіршіктерді (шламды) біріктіріп ірілеуге (флокуляция) не керісінше, түйіршіктердің қалдық магнитті қасиетін жою (размагничивание)арқылы флокулаларды ыдыратуға{пептизация) қолданылады. Пульпаны осылай өңдеу көбінде оны қойылдыру, непулъпадан шламды бөлу процестері алдында жүргізіледі. Кейда магнитті өріс-те өңдеу флотациялау алдында да колданылады.
Лисаковск гравитациялық концентраты (дайын)
Кальций оксиді
Көмір
Қоспа
ДомендікҰнтақтау (окалина)
өндеуДайындау
 |
Еріту Металдандыру
Ферромарганец
ГаздарСуыту
Фосфордың,Металдық
глиноземнің Ұнтақтау брикеттер
ванадийдің бейтараптандырылуы
Домендік
өндеу
Ерітіндібөлу Магниттік сепарация
 | | ||
ЕрітіндіҚалдық Екі аралық
(ванадий алуға) өнім Қалдық
ГидролиздікКонцентрат (крица-
бөліну түйіршікті шойын) Қоспа
Темір, марганец оксиді
Тараға салу Fe-71-89%
HCI
Электробалқытқышқа
Агломерация (жиынды
конвертерге алуға)
Агломерация
6 сурет – Лисаковск гравитациялық концентратын технологиялық комплекстік байыту сұлбасы
6-суретте гравитациялық әдіспен алынған концентратты магниттік және флотациялау әдістерімен бөлу схемасы.
6-суретте гравитациялық әдіспен алынған құрамында шеелит (СаWO4) бар гюбнерит концентратынан алдымен магнитті байыту әдісімен гюбнерит концентраты бөлінеді де, оның қалдығы қосымша ұнтақтаудан кейін шеелитті флотациялауға түседі.
Сол сияқты сирек кездесетін металл кендерінен гравитациялық әдіспен алынатын кейбір коллективті концентраттар соңынан магнитті және электрлі байыту әдістерімен жеке концентраттарға
бөлінеді.
Көптеген кен түрлері тек әртүрлі байыту әдістерінің комбинацияларын қолдану арқылы ғана тиімді және конплексті пайдаланады.
Әдебиет: 2 – нег. [148-160]
Бақылау сұрақтары:
1. Магниттік байыту әдісі минералдардың қандай қасиетіне негізделген?
2. Қандай минералдарға магниттік байыту әдісі қолданылады.?
3. Қандай магниттік сепараторлардың түрлерін білесіңдер?
4. Схемалы көрінісін сыз.
5. Негізгі қолданылатын технологиялық схемаларды көрсет.
